摘要：近年来社会用电需求的不断增大，电力工程建设数量也逐渐增多。为了缓解我国当前用电紧张的现象，近十年来国家电网斥巨资改善电网结构，大力兴建大型水电站、超高压变电站、超高压直流输电线路、智能变电站。传统二维设计模式难以满足国网公司输变电工程设计精细化和信息化的要求，而三维数字化设计系统先进的设计理念、强大的数据库功能契合了智能电网的发展需求，并在电网建设中得到了广泛的应用和发展。本文就750kV智能变电站三维数字化设计展开探讨。
关键词：三维数字化设计；智能变电站；建模
引言
设计作为工程建设中的一个重要环节，不仅是在提供满足施工要求的技术图纸，更是在建立工程全寿命周期的基础数据，为后续的采购、施工和运维等提供信息支撑。随着设计要求的提升与计算机技术的提高，电力行业的设计理念有了较大的发展，从传统的二维CAD设计，逐步转向三维数字化设计。利用三维数字化设计技术的不断进步，专业间设计的协同工作方式将变得更加紧密，设计自动化程度将越来越高，许多规范、标准和计算过程将高度集成到软件平台中，设计效率和质量将得到显著提升。
1、变电站建设的现状
随着电网高质量发展要求的提出，以及“数字化电网”建设理念的推行，对电网建设工作水平提出了更高的要求。目前，变电站建设主要存在以下3方面的问题。一是设计效率较低。以往变电站设计中采用的二维设计图纸准确性不高，复杂的二维图纸绘制工作会耗费大量的人力、物力，一旦出现设计变更，工作量呈倍数增长，导致变电站设计效率较低。二是施工矛盾较多。变电站设计中各专业的工作相对独立，图纸繁多冗杂，由于二维图纸的展示能力有限或者图纸数据更新不及时等原因，导致不同专业建设之间存在碰撞、相互干扰或破坏等情况，从而影响变电站建设的整体进度、质量、成本。三是难以支撑电网高质量发展。目前，变电站在建设过程中建设方的需求、施工方的信息、设计方的数据、运行和维护管理信息都是独立分散的，容易造成信息理解错误、信息传递不及时、信息分类混乱等状况，难以支撑当前“两网”融合建设对变电站数字化建设的高质量要求。
2、智能电网与智能变电站设计需求
在国网公司提出“智能坚强电网”、“数字绘画电网”后，特别是智能变电站建设进入推广应用阶段，对电网设计的技术创新、效率与质量提出了前所未有的要求。在信息技术日新月异的今天，只有作为源头的电网设计率先实现信息化，才能为整个电网的信息化提供强劲的数字化引擎。因此，如何在智能化变电站建设中利用新技术，实现智能化、自动化、标准化三维数字化设计，提高电网工程信息管理整体水平，已成为各电力设计单位关注的焦点之一。
3、三维数字化设计特点
数字化三维设计手段相比传统二维CAD设计有一些明显的特点。（1）可视化程度高，更加精确和直观。业主能更清晰地明白设计意图，减少项目前期沟通中的分歧和误解。（2）精细化设计，质量提高。各专业在同一模型空间中开展设计，专业间协同的紧密度大幅提高，有效避免传统设计中多专业交叉碰撞问题，另外三维设计不同于二维图纸的视图表达，建立符合实际的三维模型，设计范围和深度都大幅增加。（3）提升设计产品的附加值。由过去只为指导施工转变为项目全生命周期应用，包括综合展示、分析计算、采购、合同分包、进度管理、施工仿真、数字化移交等。（4）由图纸为核心转变为以数据为核心；将以往图纸文字里信息由人为辨识转变为信息模型里结构化数据由计算机识别；将离散的电子化信息转变为了可以统计分析的数据信息；将个人经验教训转化为企业知识积累。为大数据分析、人工智能、设计施工一体化等众多领域创造基础数据。
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4、750kV智能变电站三维数字化设计
4.1创建三维变电站布置图
在进行三维设备布置时，主接线模块自动从项目数据库中获取设备清单，以列表形式显示，方便选取。二维原理图和三维布置图的设备参数可以实时共享，并相互导航。若二维原理图发生更改，通过刷新数据库信息，三维布置图可以自动进行更改。
4.2三维建模和模型组装
（1） 三维建模。为实现各专业之间模型标准统一，需要对模型单位（一般的，长度为毫米，角度为度）、坐标系（Z轴正向朝上）、层次和颜色等进行统一。（2）模型组装。三维模型按“专业组装—区域组装—总装”的顺序依次组装。
4.3安全净距校验
采用全专业的三维设计模式，创建包括3D设备、导线、金具、绝缘子串、控制楼、道路等信息模型，基于三维的变电站信息模型，采用关键点的效验方式，灵活完成效验工作。效验过程中，软件可从底层数据库中获取到允许的安全值，以方便校验；安全值标准库可以扩充和编辑。
4.4设计过程
（1）需建立变电工程的接线图或原理图，因为在Substation的软件系统下，三维图纸是以电气主接线为原则设计的，同一个电气设备在不同图纸中都使用同一个设备编码，具备同一个数据库的源，这是基于数据库管理三维模型的基础，同时也是全寿命周期管理的关键点。电气主接线的设计可以通过软件提供的短路电流计算模块辅助设计。（2）建立所有电气及土建设备的三维模型，建模精度按照出图的要求确定，一般在满足精度要求的前提下避免过于复杂的模型。（3）三维模型创建之后，要根据工程情况给每一个设备赋予特定的属性值，这些属性一般应涵盖电气设备的工程编码及基本参数。其中，电气主接线里同一个设备符号所对应的三维模型具有相同的工程编码；而设备参数则应至少包括设备型号、额定电压、额定容量、额定电流、频率、生产厂家等信息。为了便于标准化以及其他工程的调用，扩充设备属性库和设备模型库是非常必要的。（4）接着是需要在三维空间布置所有电气设备、场地、架构、设备基础、建筑物、电缆沟等实体，不同配电装置的设备应分区域布置，这样不仅符合设计习惯，也能够避免单个文件容量过大的问题。所有区域的文件通过参考方式进行拼接。设备布置完毕后，可以使用自动挂导线工具进行三维导线挂接。（5）电气专业对全站进行防雷计算、接地计算、安全净距校验，与土建专业进行碰撞校验等。
5、变电站三维数字化技术的展望
随着数字化技术在建设各个阶段的普及应用，数字化的设计成果将被物资、施工、运检部门所充分利用，减少建设过程中的信息孤岛，提升资源整合能力，提升项目整体建设效益。随着工程不断增加，工程数据将最终积累成一个庞大的数据池，随着神经网络、大数据分析、深度学习和人工智能等技术的应用，知识库、分析系统、决策系统等大数据时代的新星将逐渐发力，帮助企业领导者决策战略；帮助中层干部更快地了解资源配置、项目实时进度、方案策划部署；帮助基层人员更快更准确地学习知识、辅助设计、费用控制等。
结语
三维数字化设计具有立体的展现手段，强大的数据库功能，可自动进行工程量统计，有效地按需求提供设备材料清单，并实现对设备的软硬碰撞检查，是今后设计方式的发展趋势。
参考文献：
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论文作者:胡登强
论文发表刊物:《电力设备》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/30